(57)【要約】【課題】大口径を含め、従来では困難であった小口径までの非鉄金属の除去が可能となり、ASRからの銅濃化技術目標（銅濃度50％以上）を達成することができ、販売が可能となり、また、銅を濃化することのみならず、小口径を含め非鉄金属を大量に回収できる非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法を提供する。【解決手段】永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによって廃棄物から非鉄金属片を選別する非鉄金属選別装置であって、前記廃棄物を振動させて大小の口径に分級する振動篩と、前記分級した大口径の廃棄物の進行方向と同方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第１の回転ドラムと、前記分級した小口径の廃棄物の進行方向と逆方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第２の回転ドラムとを有することを特徴とする非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法。【選択図】図１
2005349321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによって廃棄物から非鉄金属片を選別する非鉄金属選別装置であって、
前記廃棄物を振動させて大小の口径に分級する振動篩と、
前記分級した大口径の廃棄物の進行方向と同方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第１の回転ドラムと、
前記分級した小口径の廃棄物の進行方向と逆方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第２の回転ドラムとを有することを特徴とする非鉄金属選別装置。
【請求項２】
前記振動篩の開き目を前記永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属選別装置。
【請求項３】
永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによって廃棄物から非鉄金属片を口径Ｄの大小に選別する非鉄金属選別装置であって、
前記口径Ｄよりも大口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と同方向に回転ドラムを回転させて、
前記口径Ｄよりも小口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と逆方向に回転ドラムを回転させて、
口径Ｄの大小に非鉄金属の選別処理を行う正転逆転が可能となる回転ドラムを有することを特徴とする非鉄金属選別装置。
【請求項４】
前記口径Ｄを前記永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする請求項３に記載の非鉄金属選別装置。
【請求項５】
前記永久磁石の間隔の１／２の長さΔＬを該永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする請求項１乃至4に記載の非鉄金属選別装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の非鉄金属選別装置を用いることを特徴とする非鉄金属選別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによってシュレッダーダストなどの廃棄物から非鉄金属片を選別する非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法に関する。
具体的には、廃車リサイクルにおける廃車破砕時に発生するASR（シュレッダーダスト）からアルミ、真鍮等の非鉄金属を選別する非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題の対策の一環として、廃車を破砕して資源としてリサイクルする検討が進められており、廃車破砕時に発生するASR（シュレッダーダスト）からアルミ、真鍮等の非鉄金属を選別する非鉄金属選別装置について、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特開平９−２１５９４３号公報には、円周方向に異なる磁極を対向させる従来の磁石配置（異極配置）によって回転ドラムを構成する回転ドラム型非磁性金属選別回収装置が提案されている。
しかし、特開平９−２１５９４３号公報に開示された装置は、ドラム逆回転で発生する電磁誘導力FMとベルトの搬送力FBのベクトル合成力FTでサンプルをベルト上で垂直方向に飛ばし、エアーでサンプルを捕集するものであり、磁石の配置は、従来の円周方向に異なる極を対向させる異極配置にしているため、永久磁石の間隔Lに対しての磁束密度の傾きをあまり大きくとることができず、10mm以下のサンプルについては除去が困難であった。
【０００３】
また、ベルト搬送力FBとドラム逆回転で発生する電磁誘導力FMの調整、更には、エアー量の調整も必要であるために調整が困難になることや、除去を行なうのにエアーも必要となり装置構成が複雑になるので装置費用が高いという問題点があった。
また、永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムに関しては、例えば、実開平６−７７８３５号公報に、永久磁石とヨーク材を円周方向に交互に配置し、ヨーク材の幅を永久磁石の幅より小さくする非鉄金属回収装置が提案されている。
しかし、実開平６−７７８３５号公報に開示された装置は、ヨーク厚Tyが磁石厚TMより小さいと明記してあり、また、どの程度の比率かをP6の0016項内容から計算しますと、Ty：TM＝1：3程度になる。
磁石厚が広いということは磁束密度の傾斜が緩やかになり逆転使用では小口径の除去は困難であった。
【０００４】
そこで、発明者等は、廃車リサイクルにおけるASRから銅濃化分離技術開発（濃化目標は販売可能な50％以上）を行うためにASR中に多く含まれるアルミ等の非鉄金属を効率よく除去する方法に関する研究開発行ってきた。
その濃化技術については、ASR中に多く含まれる（40〜50％含まれる）アルミや真鍮など、特に小口径（3〜10ｍｍ程度）の非鉄金属の除去を如何に行うかが問題であった。
【特許文献１】特開平９−２１５９４３号公報
【特許文献２】実開平６−７７８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、大口径を含め、従来では困難であった小口径までの非鉄金属の除去が可能となり、ASRからの銅濃化技術目標（銅濃度50％以上）を達成することができ、販売が可能となり、また、銅を濃化すことのみならず、小口径を含め非鉄金属を大量に回収できる非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前述の課題を解決するために、鋭意検討の結果なされたものであり、ASRを大小の口径に分級し、大口径ASRはドラム正回転で処理を行ない、小口径ASRはドラム逆回転で処理を行うことで、大口径を含め、従来では困難であった小口径までの非鉄金属の除去が可能となり、ASRからの銅濃化技術目標（銅濃度50％以上）を達成することができ、販売が可能となり、また、銅を濃化することのみならず、小口径を含め非鉄金属を大量に回収できる非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによって廃棄物から非鉄金属片を選別する非鉄金属選別装置であって、
前記廃棄物を振動させて大小の口径に分級する振動篩と、
前記分級した大口径の廃棄物の進行方向と同方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第１の回転ドラムと、
前記分級した小口径の廃棄物の進行方向と逆方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第２の回転ドラムとを有することを特徴とする非鉄金属選別装置。
（２）前記振動篩の開き目を前記永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする（１）に記載の非鉄金属選別装置。
（３）永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによって廃棄物から非鉄金属片を口径Ｄの大小に選別する非鉄金属選別装置であって、
前記口径Ｄよりも大口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と同方向に回転ドラムを回転させて、
前記口径Ｄよりも小口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と逆方向に回転ドラムを回転させて、
口径Ｄの大小に非鉄金属の選別処理を行う正転逆転が可能となる回転ドラムを有することを特徴とする非鉄金属選別装置。
（４）前記口径Ｄを前記永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする（３）に記載の非鉄金属選別装置。
（５）前記永久磁石の間隔の１／２の長さΔＬを該永久磁石の厚さＨと略同一にすることを特徴とする（１）乃至（４）に記載の非鉄金属選別装置。
（６）（１）乃至（５）に記載の非鉄金属選別装置を用いることを特徴とする非鉄金属選別方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転ドラムの磁石厚Hを目安に篩選別を行ない、篩上品はドラム正回転で処理を行ない、篩下品はドラム逆回転で処理を行なうことで、大口径を含め、従来では困難であった小口径までの非鉄金属の除去が可能となり、当初の目標であった、ASRからの銅濃化技術目標（銅濃度50％以上）を達成することができ、販売が可能となり、また、銅を濃化することのみならず、小口径を含め非鉄金属を大量に回収できたことから、これに関しても販売対象となるため、廃車リサイクル処理コスト低減に大きく寄与できる非鉄金属選別装置およびそれを用いた非鉄金属選別方法を提供することができるなど産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態について、図１乃至図９を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の非鉄金属選別装置の実施形態を例示する図である。
図１において、１は振動篩、２は篩上出口、３は篩下出口、４は第１の回転ドラム、４´は第２の回転ドラム、５はベルト、６はベルト駆動ロール、７は回転ドラム駆動モータ、８はベルト駆動モータを示す。
本発明者等は、ASR中に多く含まれる（40〜50％含まれる）アルミや真鍮など、特に小口径（3〜10ｍｍ程度）の非鉄金属の除去について、後述のような理論検討を行った結果、ASRを大口径、小口径に分級して選別処理方法を変えることによって、双方の口径の非鉄金属を選別できることを見出して本発明に至ったものである。
すなわち、本発明は、永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムによってASRから非鉄金属片を選別する非鉄金属選別装置であって、前記ASRを振動させて大小の口径に分級する振動篩１と、前記分級した大口径のASRの進行方向と同方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第１の回転ドラム４と、前記分級した小口径のASRの進行方向と逆方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第２の回転ドラム４´とを有することを特徴とする。
【０００９】
図１に示すように、まず、ASRは、振動篩１によって、大小の口径に分級される。本発明においては、振動篩１の方式は問わないが、装置が簡便で取り扱いが容易であることから機械振動によって篩を振動させる方式が好ましい。
ここに、本明細書において、ASRの口径は、ASRの長径の平均値Ｄをいう。
本発明者等は、永久磁石の同極を円周方向に対向させて配置した回転ドラムにおける永久磁石の間隔の1/2の距離ΔL単位で非鉄金属に反発力または吸引力が発生し、１）ΔLより大きな口径の非鉄金属はドラム正回転で前方に飛散し、２）ΔLより小さな口径の非鉄金属であればドラム正回転ではその場で逆回転してしまい前方へ飛散しないが、ドラム逆回転で前方に飛散することを見出した。
また、これらの力は、後述の理論式によって、ΔLに対しての磁束密度の傾きの２乗に比例することを見出し、磁場解析の結果、具体的なハード構成として実現するには従来の磁石配置（異極配置）より円周方向に永久磁石の同極を対向させて配置する同極配置の方が、ΔLに対しての磁束密度の傾きを大きくすることができることを見出した。
【００１０】
そこで、ASRを大小の口径に分級し、大口径のASRについてはASRの進行方向と同方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第１の回転ドラム４により選別処理を行い、小口径のASRについてはASRの進行方向と逆方向に回転させて非鉄金属の選別処理を行う第２の回転ドラム４´により選別処理を行うこととした。
すなわち、振動篩１によって分級された大口径のASRは、篩上出口２から正転する回転ドラム４を有するベルト５の上に装入され、円周方向に永久磁石の同極が対向して配置された回転ドラム４がASRの進行方向と同じ方向に回転することによって、非鉄金属が前方に飛散して鉄などの残渣と選別することができる。
また、振動篩１によって分級された小口径のASRは、篩上出口３から逆転する回転ドラム４´を有するベルト５の上に装入され、円周方向に永久磁石の同極が対向して配置された回転ドラム４´がASRの進行方向と逆方向に回転することによって、非鉄金属が前方に飛散して鉄などの残渣と選別することができる。
また、この振動篩１の開き目は永久磁石の厚さＨと略同一とすることが好ましい。後述のように、ASRの口径が永久磁石の厚さＨ未満では、回転ドラムをASRの進行方向と逆方向に回転させることによって、非鉄金属を前方に飛散させることができるからである。
【００１１】
また、前記永久磁石の間隔の１／２の長さΔＬを該永久磁石の厚さＨと略同一にすることによって、非鉄金属の選別効率を上昇させることができる。
後述のように、非鉄金属の長径の平均値Ｄが、Ｈ＜Ｄ＜ΔLの関係になっていると、非鉄金属が前方に飛散せず、逆回転しながら前方に移動するため、非鉄金属の選別効率が低下してしまう。
そこで、ΔＬをＨと略同一にすることによって、Ｈ＜Ｄ＜ΔLの関係を成立させないことによって選別効率が悪い条件を排除することによって、非鉄金属の選別効率を上昇させることができる。
なお、本実施形態における、小口径のASRの選別処理を２回以上繰り返すことにより、さらに選別効率を向上させることができる。
なお、本発明では、図１のように振動篩によって分級しない場合でも、一つの回転ドラムを正転、逆転に回転方向を使い分けることにより口径Ｄの大小に非鉄金属を選別することも可能である。
具体的には、口径Ｄよりも大口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と同方向に回転ドラムを回転させて、口径Ｄよりも小口径に分級する場合に廃棄物の進行方向と逆方向に回転ドラムを回転させることにより口径Ｄの大小に非鉄金属の選別処理を行うことができる。
【００１２】
図２乃至図４は、本発明に用いる回転ドラムの構造を例示する図であり、図２は断面図、図３は側面図、図４は磁石間に生じる磁束分布を示す図である。
図２乃至図４において、４は回転ドラム、９は樹脂ロール、１０はフープバンド、１１は永久磁石、１２はボールベアリング、１３は側板を示す。
本発明に用いる回転ドラムは、図２に示すように円周方向に永久磁石を同極配置した構造とする。
従来のように円周方向に永久磁石を異極配置した場合に比べて、回転ドラムの径方向に働く磁束密度ΔＢの傾きを大きくすることができるので、非鉄金属に働く力を大きくすることができる。
また、永久磁石１１は、回転ドラムに挿入されており、その周囲をフープバンド１０で固定する構造となっている。
回転ドラムの外周には、樹脂ロール９が配置されておりこの樹脂ロールがベルトと接触して回転して、ASRを搬送する。
図４は磁石間に生じる磁束分布を示す図であり、左側が異極配置（従来例）、右側が同極配置（本発明例）を示す。図４に示すように、本発明例では磁石間の磁束分布の変化が従来例に比べて多く、磁束密度の傾きが大きくなるので、ベルト上の非鉄金属片に働く飛散力を向上させることができる。
【００１３】
図５乃至図８は、非鉄金属に働く吸引力と反発力の理論を説明する図である。
図５において、ドラムの回転によって永久磁石が矢印の方向（磁束φ1が非鉄金属に対して増加しながら鎖交する方向）に高速移動すると、永久磁石の磁束φ１に加えて、非鉄金属に渦電流が発生して磁束φ２が生じるので、φ１とφ２との間に、下記（Ａ）式で示されるクーロン力ΔＦ（−が反発力）が発生する。また、磁束φ１が非鉄金属に対して減少しながら鎖交する方向では吸引力が発生する。
【数１】
2005349321.tif 000003
ここに、Ｋ：定数
ｍ：非鉄金属の質量
Ｖ：永久磁石の移動速度
ΔＢ：磁束密度
ｒ：永久磁石と非鉄金属との距離
σ：非鉄金属の密度
ρ：非鉄金属の低効率
Ｌ：非鉄金属と磁束φ１の鎖交長
この（Ａ）式からわかるように、
このクーロン力ΔＦは、磁束密度の傾きの２乗に比例することから、磁束密度の傾きが大きくなる同極配置の方が大きくなることがわかる。
【００１４】
図６は、Ｈ≒ΔＬ＜Ｄの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
非鉄金属の長径の平均値ＤがΔL以上の場合には、ドラム正回転で前方に飛ぶ理由は、図６に示すように、非鉄金属の長径の平均値ＤがΔL以上の場合には非鉄金属に反発力が2個、吸引力が1個発生し、この反発力が吸引力を上回るため反発力発生方向に飛散するものと考えられる。
図７は、Ｈ＜Ｄ＜ΔＬの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
非鉄金属の長径の平均値ＤがΔL以下、永久磁石厚Ｈ以上の場合にドラム正回転で逆回転しながら前方に移動する理由は、非鉄金属の長径の平均値ＤがΔL以下の場合には、図７に示すように、非鉄金属内に反発力が1個、吸引力が1個発生し、ドラム回転方向と逆回転方向の回転モーメント力が発生するため、非鉄金属は逆回転を始めるようになる。しかし、磁石厚H以上のサンプルの場合には、ベルト表面からH+α程度しか磁場が飛んでいないため回転モーメント力が不足してベルト表面から飛び出すまでには至らなかったものと考えられる。
図８は、Ｄ＜Ｈ≒ΔＬの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
非鉄金属の長径の平均値Ｄが磁石厚H以下のサンプルがドラム逆回転で前方に飛ぶ理由は、磁石厚Ｈ以下のサンプルの場合には、回転モーメント力が十分であり、その回転力でベルト表面を蹴り、飛び跳ねるような形でベルト表面から飛び出していくものと考えられる。
【実施例】
【００１５】
図９は、本発明の非鉄金属選別装置を用いて選別処理を実施した効果を示す図である。
本実施例に用いた回転ドラムは、直径150ｍｍ、幅60mm、回転数MAX3600rpmの小型の実験装置（磁石を同極配置した回転ドラム）とし、振動篩の開き目を10mm、永久磁石の厚さHを10mm、永久磁石の間隔を14.7ｍｍとした。
図９の上段は回転ドラムの中心からの距離に応じたベルト表面の磁束密度の分布を示しており、回転ドラム中心からの距離に反比例して磁束密度が低減している。
【００１６】
また、図９の下段は、回転ドラムを正転、および逆転させたときに、非鉄金属の長径の平均値に応じた選別状況を示しており、１）ΔL(＝14.7mm)より大きなサイズの非鉄金属であればドラム正回転で前方に飛散し、２）ΔLより小さく磁石厚H(=10mm)より大きいものはドラム正回転で逆回転しながら前方に移動するので除去は可能であるが除去効率は悪い、そして、ドラム逆回転では前方に飛散しない、３）そして、サイズはH以下で1/3H以上のサンプルであればドラム逆回転で前方に飛散するという結果になり一部理論とは違った結果となったが、ほぼ理論から推定した通りの現象を確認することができた。
その結果、正転する第１の回転ドラムにて選別処理する前のアルミの含有率４０％が選別後に８４％に上昇し、アルミ原料として外販することができる濃度を達成することができた。
また、逆転する第２の回転ドラムにて選別処理する前のアルミの含有率２７％が選別後に４３％に上昇し、真鍮等と合わせてミックスメタルとして外販できる濃度に到達した。
さらに、処理前の残渣に含まれる銅の含有率２０％が、本発明の非鉄金属分離装置を用いて非鉄金属を選別した後の残渣に含まれる銅の含有率は５９％に達し、５０％以上をはるかに超える含有率となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の非鉄金属選別装置の実施形態を例示する図である。
【図２】本発明に用いる回転ドラムの構造を例示する断面図である。
【図３】本発明に用いる回転ドラムの構造を例示する側面図である。
【図４】磁石間に生じる磁束分布を示す図である。
【図５】非鉄金属に働く吸引力と反発力の理論を説明する図である。
【図６】Ｈ≒ΔＬ＜Ｄの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
【図７】Ｈ＜Ｄ＜ΔＬの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
【図８】Ｄ＜Ｈ≒ΔＬの場合に非鉄金属に働く力を説明する図である。
【図９】本発明の非鉄金属選別装置を用いて選別処理を実施した効果を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  振動篩
２  篩上出口
３  篩下出口
４  第１の回転ドラム
４´  第２の回転ドラム
５  ベルト
６  ベルト駆動ロール
７  回転ドラム駆動モータ
８  ベルト駆動モータ
９  樹脂ロール
１０  フープバンド
１１  永久磁石
１２  ボールベアリング
１３  側板
【図１】
2005349321.tif 000004
【図２】
2005349321.tif 000005
【図３】
2005349321.tif 000006
【図４】
2005349321.tif 000007
【図５】
2005349321.tif 000008
【図６】
2005349321.tif 000009
【図７】
2005349321.tif 000010
【図８】
2005349321.tif 000011
【図９】
2005349321.tif 000012